专利名称：具有准确乘方伏－安特性的半导体二极管的制作方法
技术领域：
本发明属于用电路综合方法设计的半导体二极管器件。
现有的p-n结型半导体二极管，其典型v-i(伏-安)特性由下列指数律函数描述i=IS(exp(v/vT)-1)式中IS是一个微安数量级的常数，代表该器件的反向饱和电流，vT=KT/q称为热电压，其中q是一个电子的电荷量，K是波尔兹曼常数，T是以华氏度为单位的温度。在室温情况下，vT约为0.026伏。这种p-n结半导体二极管用单晶硅或锗材料经过掺杂、外延、扩散、切割、封装等一整套复杂的半导体制造工艺生产出来。通常，p-n结半导体二极管的主要用途是在电子电路与系统工程中用于电信号的波形或频率变换。在这种情况下，由于上述指数律函数的展开式是一个无穷级数，即ev=1+v+v2/2！+v3/3！+……，因此，某一频率的电信号经过这种二极管的变换后，将相应地包含直流、基波、二次谐波、三次谐波及其它高次谐波成分。在工程技术中，这种频谱成分复杂的信号必须经过适当的滤波电路滤除多余的频谱成分之后才能应用，这无疑将使电路的设计变得复杂，设备的成本增加，可靠性降低。
本发明的目的是针对现有半导体二极管所存在的上述问题，提出一种用电路综合方法设计的具有准确的乘方，包括平方、立方、四次方、五次方……v-i(伏-安)特性的半导体二极管。
本发明的目的是这样实现的，它主要含有以下所述的电路单元，该单元具有模拟乘法器1，由该模拟乘法器的其中一个乘法输入端X11与其加法输入端Z1相连作为所述半导体二极管的一个极a，由该模拟乘法器的另一个输入端Y11作为乘方电压变量输入端，用于输入与乘法输入端X11所输入的电压成幂次关系的电压变量，模拟乘法器1的输出端W1与乘法输入端X11之间接有线性电阻R作为反馈回路，由模拟乘法器1的其它公共端(X12和Y12)连接在一起作为半导体二极管的另一个极b。这个半导体二极管的乘方v-i特性的乘方幂次取决于输入模拟乘法器1的乘方电压变量输入端Y11(即模拟乘法器1的第二个乘法输入端)的电压变量v的乘方幂数。当Y11输入电压变量v，即将乘法输入端X11和Y11相连接时，则构成具有准确平方律v-i特性的半导体二极管；当Y11输入电压变量v2时，所构成的半导体二极管将具有准确立方律v-i特性；当Y11输入电压变量v3时，所构成的半导体二极管将具有准确四次方v-i特性；当Y11输入电压变量v4时，所构成的半导体二极管将具有准确五次方v-i特性，依次类推，当Y11输入电压变量vn(n=1、2、3、……)时，所构成的半导体二极管将具有准确n+1次方的v-i特性。改变构成反馈回路的线性电阻的阻值，可以改变半导体二极管v-i特性的曲率以满足不同的应用要求。
上述向乘方电压变量输入端Y1所输入的电压变量vn可以由一个或数个相同的模拟乘法器通过类似的电路综合方法设计，经乘法器进行乘法运算后，在其输出端输出。其具体电路将在下述实施例中列举详述。
本发明所提供的半导体二极管既可以用分立元件构成单元电路形式，也可以制成集成电路形式。
应用本电路综合方法设计而成的半导体二极管，由于具有准确的乘方v-i特性，将该电路应用于电子电路与系统工程中的电信号的波形或频率变换，可以简化电路设计，降低设备成本，提高可靠性。
以下根据附图详述本发明实施例的结构细节
图1为本发明主电路单元电路结构图；图2为具有准确平方律v-i特性的半导体二极管电路结构图；图3为产生电压变量v2的电路；图4为具有准确立方律v-i特性的半导体二极管电路结构图；图5为产生电压变量v3的电路；图6为具有准确四次方v-i特性的半导体二极管电路结构图；图7为产生电压变量v4的电路；图8为具有准确五次方v-i特性的半导体二极管电路结构图。
图1为本发明所具有的主电路单元电路，其结构如本说明书第四段所述，图中v和i分别为半导体二极管的端电压和流经该二极管的电流，X11为模拟乘法器1的一个乘法输入端，Y11为模拟乘法器1的另一个乘法输入端，用于输入乘方电压变量vn(n=1,2,3,……),Z1为模拟乘法器1的加法输入端，X12和Y12为模拟乘法器1的公共端，W1为模拟乘法器1的输出端，R为反馈电阻。以下各实施例均由图1演变而来。
实施例一如图2所示，本实施例是将图1中的乘法输入端X11和Y11相连，即Y11输入与X11相同的电压变量v，而构成具有准确平方律的v-i特性的半导体二极管。
实施例二本实施例为具有准确立方律的v-i特性的半导体二极管(如图4所示)，图3为用于产生电压变量v2的电路单元，将该电压变量v2输入到图1电路中的模拟乘法器1的乘方电压变量输入端Y11，即构成如图4所示的具有准确立方律v-i特性的半导体二极管。具体结构是模拟乘法器2的两个乘法输入端X21和Y21相连后连到模拟乘法器1的乘法输入端X11，其公共端X22和Y22和加法输入端Z2与模拟乘法器1的公共端X12和Y12相连，其输出端W2输出电压变量v2接到模拟乘法器1的乘方电压变量输入端Y11。
实施例三本实施例为具有准确四次方v-i特性的半导体二极管(如图6所示)，图5为用于产生电压变量v3的电路单元，将该电压变量v3输入到图1电路中的模拟乘法器1的乘方电压变量输入端Y11，即构成如图6所示的具有准确四次方v-i特性的半导体二极管。具体结构是电压变量v3由模拟乘法器3和模拟乘法器4组成的乘方电路产生，模拟乘法器3的两个乘法输入端X31和Y31与模拟乘法器4的一个乘法输入端X41相连后接到模拟乘法器1的乘法输入端X11，模拟乘法器3的输出端W3接到模拟乘法器4的另一个乘法输入端Y41，两个模拟乘法器3和4的公共端和加法输入端(X32、Y32、Z3、X42、Y42和Z4)与模拟乘法器1的公共端(X12和Y12)相连，模拟乘法器4的输出端W4输出电压变量v3接到模拟乘法器1的乘方电压变量输入端Y11。
实施例四本实施例为具有准确五次方v-i特性的半导体二极管(如图8所示)，图7为用于产生电压变量v4的电路单元，将该电压变量v4输入到图1电路中的模拟乘法器1的乘方电压变量输入端Y11，即构成如图8所示的具有准确五次方v-i特性的半导体二极管。具体结构是电压变量v4由模拟乘法器5和模拟乘法器6组成的乘方电路产生，模拟乘法器5的两个输入端X51和Y51相连后接到模拟乘法器1的输入端X11，输出端W5接到模拟乘法器6的两个互相连接起来的输入端X61和Y61，两个模拟乘法器5和6的公共端和加法输入端(X52、Y52、Z5、X62、Y62和Z6)与模拟乘法器1的公共端(X12和Y12)相连，模拟乘法器6的输出端W6输出电压变量v4接到模拟乘法器1的乘方电压变量输入端Y11。
上述各模拟乘法器端脚按以下规则编号Xm1、Ym1为乘法输入端(其中m为模拟乘法器的编号，以下同)；Xm2、Ym2为公共端；Zm为加法输入端；Wm为输出端。
如X21、Y21为模拟乘法器2的两个乘法输入端，X32、Y32为模拟乘法器3的公共端，Z4为模拟乘法器4的加法输入端，W5为模拟乘法器5的输出端，以此类推。
权利要求
1．一种具有准确乘方伏-安特性的半导体二极管，其特征在于具有如下电路单元，该电路单元具有模拟乘法器1，由该模拟乘法器的其中一个乘法输入端X11与其加法输入端Z1相连作为半导体二极管的一个极a，由该模拟乘法器的另一个乘法输入端Y11作为乘方电压变量输入端，用于输入与输入端X11所输入的电压v成幂次关系的电压变量，该模拟乘法器的输出端W1与乘法输入端X11之间接有线性电阻R作为反馈回路，由该模拟乘法器的其它公共端(X12和Y12)连接在一起作为该半导体二极管的另一个极b。
2．根据权利要求1所述的半导体二极管，其特征在于所说的模拟乘法器1的乘方电压变量输入端Y11输入电压变量的乘方vn(n=1、2、3、……)，构成具有准确n+1次方的v-i特性的半导体二极管。
3．根据权利要求1所述的半导体二极管，其特征在于所说的模拟乘法器1的两个乘法输入端X11和Y11相连，即乘法输入端Y11输入电压变量v，构成具有准确二次方v-i特性的半导体二极管。
4．根据权利要求1所述的半导体二极管，其特征在于所说的模拟乘法器1的乘方电压变量输入端Y11输入电压变量v2，构成具有准确三次方v-i特性的半导体二极管，所说的电压变量v2由以下电路产生，该电路具有模拟乘法器2，其两个乘法输入端X21和Y21相连后连到模拟乘法器1的乘法输入端X11，其公共端(X22和Y22)和加法输入端(Z2)与模拟乘法器1的公共端(X12和Y12)相连，其输出端W2输出电压变量v2接到模拟乘法器1的乘方电压变量输入端Y11。
5．根据权利要求1所述的半导体二极管，其特征在于模拟乘法器1的乘方电压变量输入端Y11输入电压变量v3，构成具有准确四次方v-i特性的半导体二极管，所说的电压变量v3由下述模拟乘法器3和模拟乘法器4组成的乘方电路产生，模拟乘法器3的两个乘法输入端X31和Y31与模拟乘法器4的一个乘法输入端X41相连后接到模拟乘法器1的乘法输入端X11，模拟乘法器3的输出端W3接到模拟乘法器4的另一个乘法输入端Y41，两个模拟乘法器3和4的公共端和加法输入端(X32、Y32、Z3、X42、Y42和Z4)与模拟乘法器1的公共端(X12和Y12)相连，模拟乘法器4的输出端W4输出电压变量v3接到模拟乘法器1的乘方电压变量输入端Y11。
6．根据权利要求1所述的半导体二极管，其特征在于模拟乘法器1的乘方电压变量输入端Y11输入电压变量v4，构成具有准确五次方v-i特性的半导体二极管，所说的电压变量v4由下述模拟乘法器5和模拟乘法器6组成的乘方电路产生，模拟乘法器5的两个输入端X51和Y51相连后接到模拟乘法器1的输入端X11，输出端W5接到模拟乘法器6的两个互相连接起来的输入端X61和Y61，两个模拟乘法器5和6的公共端和加法输入端(X52、Y52、Z5、X62、Y62和Z6)与模拟乘法器1的公共端(X12和Y12)相连，模拟乘法器6的输出端W6输出电压变量v4接到模拟乘法器1的乘方电压变量输入端Y11。
7．根据权利要求1至6所述的半导体二极管，其特征在于用分立元件构成的单元电路形式的器件。
8．根据权利要求1至6所述的半导体二极管，其特征在于本器件为集成电路形式的器件。
全文摘要
本发明提供一种用电路综合方法设计的具有准确乘方v－i(伏－安)特性的半导体二极管,本器件电路结构的主电路单元具有一个模拟乘法器1,它的一个乘法输入端X
文档编号H03K19/00GK1212513SQ97114250
公开日1999年3月31日 申请日期1997年9月19日 优先权日1997年9月19日
发明者钟国群 申请人:中国科学院广州电子技术研究所